关于重力坝的探讨

姜文峰

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 坝型比较

重力坝依靠自身重力来维持稳定，根据筑坝材料或施工工艺的差异，可分为砌石重力坝、常态或碾压混凝土重力坝及堆石混凝土重力坝，从目前坝工发展情况看，堆石混凝土重力坝作为一种新坝型，被广泛应用于小水库工程建设中。

1.1 砌石重力坝

砌石重力坝有水泥砂浆砌石和一级配混凝土砌石两种施工方法。砌石坝的强度和均质性弱于混凝土坝，但可发挥当地材料和人力资源丰富的优势，降低工程造价。以往山西省的砌石坝多为水泥砂浆砌石，施工质量缺乏保证，特别是混凝土防渗墙工艺粗糙，极易形成漏水通道。我国南方地区采用的一级配混凝土砌石，采用振捣棒振捣，其施工质量显著高于后者，但使用人工较多，劳动强度大。目前已很少采用。

1.2 常态混凝土重力坝

常态混凝土重力坝是一种传统坝型，施工技术成熟，适于大型机械化施工，因水泥用量较大，造价相对较高。同时，施工技术和工序相对复杂，温度控制和裂缝控制要求较高，对施工队伍的技术素质和机械化水平要求较高，一般应用于超高坝型。

1.3 碾压混凝土重力坝

近20年来，碾压混凝土筑坝技术得到了大面积推广。碾压混凝土坝可以大幅降低水泥用量，克服了混凝土坝的缺点。但受坝址区地形条件影响较大，当碾压混凝土坝体积不大时，大规模机械化施工的优势难以发挥；碾压混凝土和常态混凝土交错使用、相互干扰，增加了施工难度。同时，碾压混凝土坝一般不适宜坝段缺口分期施工导流。

1.4 堆石混凝土重力坝

堆石混凝土是一项新型混凝土筑坝施工技术。该技术是以自密实混凝土技术为基础的大体积混凝土施工技术，施工简单，质量容易控制；施工速度快，能充分发挥机械作业效应；施工成本低，水泥用量较长；适应面广。施工时先将大粒径块石入仓，然后从堆石体上部浇入专用的自密实混凝土，利用其高流动性完全充填堆石体空隙，形成完整、密实、有较高强度和低水化热的大体积混凝土。

2 工程实例

2.1 工程概况

某水库位于阳泉市盂县西潘乡进圭村至庄头村之间的乌河下游干流上，坝址位于均才村上游约1 km处，坝址以上控制流域面积1112.3 km2。乌河属海河流域，为滹沱河支流，发源于阳曲县的两岭山，自盂县东蒋村西南0.3 km入阳泉境内，流经盂县东梁、西烟、西潘、庄里4个乡（镇），由南向北于庄里乡枣院村汇入滹沱河，全长64 km，流域面积1230 km2，阳泉境内流域面积697 km2。主要支流温川河发源于阳曲县小五台山，流域面积339.49 km2。

坝址处乌河河谷底宽140～200 m，河床覆盖层厚5～7 m，河谷深槽处层厚14～16 m。坝基基岩主要为均才组混合花岗岩，基岩强风化层厚度2～3 m，弱风化层厚度15～20 m。建议挖除覆盖层和强风化层及部分弱风化层，将坝建于弱风化层中上部岩体上，并对坝基进行固结灌浆，深5～8 m，坝基帷幕灌浆深度25～30 m。

2.2 工程布置

该水库枢纽大坝由左岸挡水坝段、溢流坝段、右岸挡水坝段组成，共设9条横缝，在纵向上将坝体分为10段。坝身泄洪设施为溢流表孔和泄洪冲沙底孔。大坝坝顶长267.9 m，坝顶宽5.0 m，最大坝高59.5 m。大坝主体筑坝材料为堆石混凝土。

2.3 坝体断面设计

挡水坝坝顶高程792.0 m，宽5 m，横断面以2个背靠背的直角三角形为基本断面，上游三角形顶高程771.4 m，高程以上为铅直面，以下迎水面坡率1∶0.2；下游三角形顶高程785.9 m，高程以上为铅直面，以下坝坡坡率1∶0.75。坝顶上游侧设钢筋混凝土防浪墙，下游侧设1.2 m高栏杆。溢流坝段为开敞式溢流堰，堰顶高程786.4 m，溢流面由堰顶曲线段、斜坡直线段及衔接反弧段组成。堰顶上游堰头采用三圆弧曲线，上游771.4 m高程以上为铅直面，以下迎水面坡率1∶0.2；堰顶下游堰面曲线采用WES幂曲线，后接 1∶0.75斜坡直线段，斜坡直线段后接反弧段，反弧半径10 m，采用挑流消能，挑角20°，鼻坎顶高程759.01 m。在坝顶高程处设交通桥，宽5 m，交通桥上下游设栏杆。泄洪冲沙底孔布置在左岸第4号坝段，为淹没深孔式。泄流孔为矩形钢筋混凝土结构，孔口周边C40抗磨蚀混凝土厚度均为1.0 m。进口闸门处孔底高程756.4 m，孔口尺寸4 m×5 m（宽×高），布置一道平板检修钢闸门；检修闸门与出口压坡段之间按有压短洞设计，出口压坡段末端高度由5.0 m渐变为4.0 m，出口处孔口尺寸4 m×4 m（宽×高），布置一道弧形工作闸门。

2.4 坝基处理

本工程坝址处河中央为一冲刷深槽，且岩石近表处有厚2～3 m的强风化层。本工程对坝高大于50 m的中间各坝段建在弱风化中部，其余坝段建在弱风化上部基岩上，故确定最大坝高处坝基开挖底高程按弱风化层中部控制。坝基开挖时，尽可能使建基面成为略微向上游倾斜状；将坝端岸坡衔接处开挖成台阶状，台阶宽度不小于1/3坝段长度。开挖后的坝基面上拟覆盖厚度为1.5 m的C15基础混凝土。坝基基础混凝土浇筑后，对坝基进行固结灌浆（同灌浆帷幕相连接）。固结灌浆的孔排距初步确定为3.5 m，防渗帷幕上游端8～10 m，接近防渗帷幕处渐渐增加至10 m，防渗帷幕下游端6 m；灌浆终止封孔时，在每个灌浆孔内埋设一根直径20 mm的锚筋。

为减少坝基渗漏量，对坝基进行防渗灌浆，以期形成帷幕。防渗帷幕位于灌浆廊道上游侧，设计为单排，孔间距2 m，初拟灌浆深度20 m，使坝基透水率控制在3～5 Lu以内。在灌浆廊道下游侧设单排排水孔，排水孔深度初步确定为15 m。

3 结语

结合以上实例可以看出，重力坝结构相对简单，在做好地基处理的前提下，其耐用性较好，各功能区结构容易布置，设计过程中尽量做到优化设计。随着筑坝技术的进步及基础处理技术水平的提高，可大大改善岩体质量，重力坝会得到进一步的发展应用。